Figli delle stelle

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Come già detto, è la massa di questi colossi cosmici  a  determinarne il fato. Se essa è compresa tra 4 e 7 masse solari si arriva fino alla combustione di carbonio e ossigeno, se arriva fino alle 10 masse solari la fucina astrale riesce a produrre anche elementi più pesanti; in entrambi i casi, comunque, le reazioni nucleari in gioco sono talmente esoergoniche ed incontrollabili che le ultime fasi della vita delle stelle supermassive risultano del tutto instabili. La pressione radiativa proveniente dal nucleo della stella in agonia è cioè tanto forte da far sì che i suoi strati più esterni vengano esplosi nello spazio. La stella emette in pochi attimi tanta energia quanta ne emette il Sole durante tutta la durata della propria esistenza, e di conseguenza subisce un  repentino aumento della luminosità, trasformandosi in una "SUPERNOVA" (altro termine reso oggi notissimo dalla fantascienza). L'astronomo cinese Toktaga osservò una supernova il 4 luglio 1054, e la  registrò nei suoi annali; al giorno d'oggi noi possiamo ammirare il residuo di quella catastrofe, sotto forma della nebulosa del Granchio, cosiddetta per la sua forma, che è posta tra le corna della costellazione del Toro, ed agli astronomi è nota anche con la sigla M 1. Infatti, quello che era stato il mantello esterno della stella, espulso nello spazio ma rimasto in orbita attorno a ciò che rimane di essa, da' vita ad una nebulosa di gas e di  polveri, illuminata dall'ultimo nucleo dell'astro suicidatosi. Nel corso di una simile esplosione: la luminosità dell'astro può crescere fino a superare in splendore l'intera galassia cui appartiene, e - come accadde alla  supernova che diede vita alla nebulosa del Granchio - può addirittura  divenire  visibile  per breve tempo anche in pieno giorno (certuni sostengono che la famosa "stella di Gesù Bambino"  era  proprio  una supernova!) Inoltre, in essa la temperatura e la pressione possono crescere tanto da innescare reazioni nucleari episodiche, che portano alla formazione di elementi più pesanti del ferro, come l' oro. Si parla in tal caso di "nucleosintesi esplosiva"! Fa pensare il fatto che l'oro di cui è composto un anello che portiamo al dito possa provenire da una delle più impressionanti deflagrazioni che l'universo possa conoscere, eppure è proprio così. E ancora più istruttivo risulta riflettere sul fatto che tutti gli elementi di cui il nostro corpo umano è composto sono stati fucinati dentro una stella supergigante, e poi scaraventati nello spazio in seguito alla sua esplosione in supernova. Tutti  noi, per  questo, possiamo a buon diritto definirci... figli delle stelle!!

Fig. 13    Questa fotografia testimonia l'esplosione di una  supernova  nella galassia della Grande Nube di Magellano, la più vicina alla Terra che sia mai stata osservata al telescopio. I due anelli sono nubi di materia espulsi dalla deflagrazione.

Contemporaneamente, tuttavia, le supernovae potrebbero anche rappresentare l'Armageddon della nostra civiltà. Infatti, all'esplosione di un simile "petardo cosmico" si accompagna l'emissione di tante e tali radiazioni che, se ne scoppiasse una a meno di 50 anni luce da noi, ciò basterebbe per far estinguere dalla Terra qualunque forma di vita superiore. Svariati paleontologi sostengono che fu proprio l'esplosione di una supernova a causare, alla fine dell'era Mesozoica, l'estinzione dei dinosauri! Ad ogni modo, siccome quasi tutte le stelle prossime al Sole (Alfa Centauri, Sirio, Barnard...) hanno pressappoco la sua stessa massa, questo pericolo per noi non dovrebbe più sussistere. L'ultima supernova interna alla Via Lattea esplose nel 1604, sfortunatamente pochi anni prima dell'invenzione del telescopio, ed ebbe l'onore di venire studiata da Keplero; tutte le supernovae posteriori sono saltate per aria nei bracci di altre galassie. Siccome più dei tre quarti  delle  stelle dei cieli sono grosso modo simili al Sole della Terra, è ovvio che l'esplosione di una supernova non è un fenomeno troppo frequente: nel corso dell'intera Era Cristiana, si ha notizia di sole sette supernovae  esplose  nella nostra via Lattea (negli anni 185, 393, 1006, 1054, 1181, 1572, 1604);  per fortuna, le galassie sono tante, e ciò ci ha consentito di osservarne un numero tale da poterle studiare senza dubbi di sorta.

Sorge però naturale una nuova domanda. Mentre gli strati esterni dell'astro si disperdono nello spazio, disegnando magnifiche nebulose nei nostri cieli, che accade al suo nucleo? Siccome non vi sono più reazioni in grado di irradiare energia che controbilanci il peso della materia che lo compone, esso COLLASSA irrimediabilmente su se' medesimo, la densità cresce a dismisura man mano che il raggio si riduce, e gli elettroni sono costretti a schiacciarsi contro i propri nuclei atomici, al punto da implodere sui protoni. Ora, sussiste una reazione nucleare in base alla quale un protone, collidendo con un elettrone, da' vita ad un neutrone, con emissione di un neutrino (una particella priva di carica e leggerissima, che interagisce assai poco con la materia). Tale reazione  assume il nome di NEUTRONIZZAZIONE:

 p + e à n + n

Il "cadavere stellare" che rimane nel cielo dopo il suicidio del nostro colosso è cioè interamente composto da neutroni. Nasce così quella che in gergo si chiama una stella a neutroni: essa  è  caldissima, ma anche densissima, perchè priva dei "vuoti" tra nuclei atomici ed orbite elettroniche, che caratterizzano la materia ordinaria. Praticamente, queste stelle hanno la stessa densità dei nuclei atomici: si calcola che un centimetro cubo di stella a neutroni (più o meno, mezzo cucchiaino della sua materia) ha una massa pari a qualcosa come un miliardo di tonnellate! Tale densità sulla terra si potrebbe ottenere solo concentrando la massa del monte Everest dentro una comune... zolletta di zucchero. Un simile astro può così venir riguardato alla stregua di uno  smisurato nucleo atomico, di dimensioni macroscopiche. Il diametro della stella, che prima dell'esplosione era maggiore di quello dell'orbita del pianeta Giove, si riduce ora a 10^–15 chilometri,  come  quello di un misero asteroide!

Giustamente ci chiederemo come si sia potuto individuare in cielo un astro di dimensioni così striminzite. Se è vero che nelle stelle a neutroni le reazioni di fusione che fanno brillare gli astri fatti di atomi non sono più attive, sta di fatto però che esse possiedono un fortissimo campo magnetico, il quale cattura gli elettroni vaganti nel cosmo, accelerandoli fin quasi alla velocità della luce (la forza di Lorentz è proporzionale  all'intensità del campo magnetico che la genera). L'intensissima  accelerazione fa sì che tali elettroni irraggino parte della propria energia cinetica sotto forma di radiazione elettromagnetica (detta anche radiazione di sincrotrone). Siccome tale emissione è concentrata in una "macchia calda" sulla superficie, la stella collassata emette in continuazione un fascio di radiazioni estremamente collimato. La stella si è contratta a dismisura e quindi, per il principio di conservazione del momento della quantità di moto, essa deve aver aumentato in ugual misura la propria velocità di rotazione. Conclusione: l'astro morente gira rapidissimamente sul proprio asse, come una ballerina che piroetta su  sé stessa  gira più veloce, se avvicina le braccia al corpo. Il periodo di rotazione risulta appena dell'ordine di qualche decina o centinaio di millisecondi! Perciò la stella di neutroni si comporta come un incredibile radiofaro cosmico, sventagliando un fascio di radiazioni nello spazio lungo un arco di trecentosessanta gradi; e, se questo impulso investe la Terra, noi percepiamo un segnale ritmico, perfettamente regolare, come una trasmissione radio. Non a caso, quando nel 1967 l'astronoma Jocelyn Bell  (1943-vivente), che presso l'università di Cambridge auscultava il cielo con un radiotelescopio per conto del suo professore, il premio Nobel Anthony Hewish, scoperse  per la prima volta un'emissione regolare di questo tipo, più precisa di un orologio svizzero, pensò subito ad un tentativo di mettersi in comunicazione con noi da parte di qualche civiltà extraterrestre; battezzò infatti quella sorgente con il divertente nome di LGM 1, dall'inglese "Little Green Men", ovverossia "piccoli uomini verdi"!  Chiarito l'equivoco, questo faro celeste venne denominato PULSAR, acronimo di "pulsing star", cioè "stella pulsante". Immediata fu anche l'identificazione di queste radiosorgenti con i residui delle supernovae, perchè per ruotare così velocemente su se' stessa la stella deve trovarsi in una condizione di equilibrio tra la forza centrifuga e quella gravitazionale; se l'astro ruotasse troppo velocemente sul proprio asse, finirebbe per disgregarsi, e la forza newtoniana in grado di bilanciare l'azione centrifuga che consegue ad una rotazione rapida come quella delle pulsar può derivare solo da una densità elevata come quella che si riscontra solo in una stella di neutroni. La pulsar più famosa è quella nota come PSR 0531+21, che si trova al centro della nebulosa del  Granchio, da noi già nominata in precedenza, ultimo residuo della stella progenitrice della nebulosa stessa.

Fig. 14   La nebulosa del granchio ripresa dal Very Large Telescope dell'ESO (European Southern Observatory, Osservatorio europeo del Sud), situato sul monte Cerro Paranal, nel Cile del nord. È costituito da quattro telescopi del diametro di 8,20 m, che possono operare singolarmente o in combinazione: in questo modo esso equivale a un singolo telescopio di 16,40 m di diametro, e rappresenta il più grande telescopio ottico esistente!